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Unidad 7: Equilibrio

Química AP · Unidad 7: Equilibrio

7.8 Representaciones del equilibrio

En esta lección

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Pregunta esencial

¿Cómo pueden los dibujos mostrar una reacción en equilibrio?

Al examen de AP le encantan los diagramas de partículas: cajitas llenas de puntos que representan moléculas. Esta lección te muestra cómo leerlos, cómo dibujarlos y cómo calcular K a partir de ellos.

El video de la lección llegará pronto. Mientras tanto, lee la lección de abajo.

Diagramas de partículas

Una caja de partículas para A ⇌ B con 3 partículas rojas de A y 6 partículas azules de B.
  • Cada figura representa una molécula. Aquí, rojo = A y azul = B.
  • El primer paso siempre es contar. Esta caja tiene 3 A y 6 B.
  • Todo está en la misma caja (el mismo volumen), así que la cantidad de partículas es proporcional a la concentración. El doble de partículas de B significa que [B] es el doble de [A].

Antes del equilibrio y en el equilibrio

Una caja que empieza con 12 partículas rojas de A, una flecha con la etiqueta tiempo y luego la caja en equilibrio con 4 A y 8 B. Leyenda: A y B están presentes en el equilibrio.
  • Al inicio: 12 A, 0 B. En el equilibrio: 4 A, 8 B.
  • El total sigue siendo 12. Las partículas cambian de identidad, pero no se crean ni se destruyen.
  • La reacción no llegó hasta el final. A y B están presentes en el equilibrio.

Imágenes a lo largo del tiempo: 2NO2 ⇌ N2O4

Cuatro imágenes de 2NO2 ⇌ N2O4. Los círculos cafés individuales son NO2 y los pares cafés son N2O4. t1: 12 NO2, 0 N2O4. t2: 6 NO2, 3 N2O4. t3 y t4: 4 NO2, 4 N2O4.
  • Los círculos individuales son NO2. Los pares son N2O4.
  • t1: 12 NO2, 0 N2O4. t2: 6 y 3. t3: 4 y 4. t4: todavía 4 y 4.
  • Las cantidades dejan de cambiar después de t3, así que el equilibrio se alcanzó en t3.
  • Revisa los átomos: en t2, 6 individuales + 2(3 pares) = 12 unidades de NO2. El total nunca cambia.

Cálculo de K a partir de un dibujo

Una caja de partículas con 4 partículas rojas de A y 8 partículas azules de B, junto a K = [B]/[A].
  • Cuenta en el equilibrio: 8 B y 4 A.
  • K = [B]/[A] = 8/4 = 2.
  • Puedes usar las cantidades directas cuando los dos lados de la ecuación tienen el mismo número de partículas. Si te dan los moles por partícula y el volumen, primero convierte las cantidades a molaridad.

Dibujos de K grande y K pequeña

Dos cajas en equilibrio para A ⇌ B. Izquierda: 10 B y 2 A, K = 10/2 = 5, K mayor que 1. Derecha: 2 B y 10 A, K = 2/10 = 0.2, K menor que 1.
  • Izquierda: 10 B, 2 A, así que K = 10/2 = 5. Casi todo son productos, K > 1.
  • Derecha: 2 B, 10 A, así que K = 2/10 = 0.2. Casi todo son reactivos, K < 1.
  • Esto se conecta con el Tema 7.5: el dibujo te muestra si K es grande o pequeña.

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Ejemplos resueltos

Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.

Ejemplo 1: K a partir de un diagrama de partículas

La caja muestra X2 + Y2 ⇌ 2XY en el equilibrio. Cada partícula representa 0.10 mol y el volumen es 1.0 L. Calcula Kc.

Una caja en equilibrio para X2 + Y2 ⇌ 2XY con 2 pares rojo-rojo de X2, 2 pares azul-azul de Y2 y 6 pares rojo-azul de XY.
Mostrar la solución
  1. Cuenta: 2 X2 (pares rojos), 2 Y2 (pares azules), 6 XY (pares mixtos).
  2. Convierte a molaridad: [X2] = 2(0.10 mol) / 1.0 L = 0.20 M, [Y2] = 0.20 M, [XY] = 6(0.10) / 1.0 = 0.60 M
  3. Escribe la expresión: Kc = [XY]2 / [X2][Y2]
  4. Sustituye: Kc = (0.60)2 / (0.20)(0.20) = 0.36 / 0.040
  5. Respuesta: Kc = 9.0 Si usas las cantidades directas, 62/(2 × 2), también da 9, porque los dos lados tienen 2 moles de gas.

Ejemplo 2: Dibujo de la mezcla en el equilibrio

Para A ⇌ B, K = 4.0. La caja de la izquierda muestra la mezcla inicial. Dibuja cómo se ve la caja en el equilibrio.

Una caja inicial con 10 partículas rojas de A, una flecha y una caja vacía con borde punteado y la etiqueta equilibrio.
Mostrar la solución
  1. Cuenta el inicio: 10 A, 0 B. No hay B, así que la reacción va en dirección directa.
  2. Conserva las partículas: cada A que reacciona se convierte en una B, así que A + B = 10.
  3. Usa K: K = B/A = 4, así que B = 4A.
  4. Resuelve: A + 4A = 10, así que 5A = 10, A = 2 y B = 8. Revisión: 8/2 = 4.
  5. Respuesta: Dibuja 2 partículas de A y 8 partículas de B, repartidas al azar en la caja.

Ejemplo 3: Identificación de la caja con K < 1

Cada caja muestra A ⇌ B en el equilibrio. ¿Qué caja representa una reacción con K < 1? Justifica tu respuesta.

Tres cajas en equilibrio para A ⇌ B. Caja 1: 3 A y 7 B. Caja 2: 5 A y 5 B. Caja 3: 8 A y 2 B.
Mostrar la solución
  1. Cuenta: Caja 1: 3 A, 7 B. Caja 2: 5 A, 5 B. Caja 3: 8 A, 2 B.
  2. Calcula K = B/A: Caja 1: 7/3 ≈ 2.3. Caja 2: 5/5 = 1. Caja 3: 2/8 = 0.25.
  3. Respuesta: Caja 3. K = 0.25 < 1 porque hay más partículas de reactivo (A) que de producto (B) en el equilibrio.

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Práctica

La hoja de práctica llegará pronto.

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Diapositivas de la lección

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Ideas clave

  • Empieza todo diagrama de partículas contando.
  • En la misma caja, las cantidades se comparan como concentraciones.
  • Cuando las cantidades dejan de cambiar con el tiempo, el sistema está en equilibrio.
  • Sustituye las cantidades (o las molaridades, si te dan moles y volumen) en la expresión de K.

De vuelta a la pregunta esencial: un diagrama de partículas muestra cuántas partículas de reactivo y de producto hay, y eso nos dice si se alcanzó el equilibrio y qué tan grande es K. A continuación, el Tema 7.9, Introducción al principio de Le Châtelier, donde empujamos los sistemas en equilibrio y vemos cómo responden.

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Alineación con AP

Esta lección cubre el Tema 7.8, Representaciones del equilibrio, de la Unidad 7 (Equilibrio) de la Descripción del curso y del examen (CED, por sus siglas en inglés) de AP Chemistry del College Board. Objetivo de aprendizaje:

  • 7.8.A: Representar con un modelo de partículas un sistema que tiene una reacción reversible.

Conocimiento esencial: 7.8.A.1

Habilidad sugerida: 3.C Representación de datos y fenómenos. Representar visualmente la relación entre las estructuras y las interacciones en varios niveles o escalas (por ejemplo, de lo particulado a lo macroscópico).

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